Termin „smog” powstał w angielskim obszarze językowym z połączenia dwóch wyrazów: „smoke” (dym) i słowa „fog” (mgła). W zależności od warunków powstawania epizodu wysokich stężeń, rodzaju zanieczyszczeń, a w związku z tym i składu chemicznego, rozróżnia się dwa typy smogu: smog londyński (zimowy) i smog typu Los Angeles. Ten ostatni zwany również fotochemicznym, letnim lub utleniającym po raz pierwszy zidentyfikowano w połowie XX wieku w Los Angeles, a obecnie występuje już w wielu dużych aglomeracjach miejskich.
Powszechnie termin smog jest używany do określenia nagłego, wysokiego i niebezpiecznego dla zdrowia zagęszczenia powietrza substancjami zanieczyszczającymi. Przyczyną tego zjawiska jest jednoczesne wystąpienie dwóch zasadniczych czynników: wysokiej emisji substancji do powietrza i niekorzystnych warunków atmosferycznych. Smog zimowy tworzy się w warunkach stagnacji wilgotnego powietrza, podczas inwersji termicznych, w układach antycyklonalnych. Jest charakterystyczny dla klimatu umiarkowanego, sprzyja mu usytuowanie ośrodków przemysłowych i miejskich w dolinach i kotlinach.
Głównymi składnikami smogu zimowego są zanieczyszczenia gazowe (dwutlenek siarki, tlenki azotu, tlenek węgla) i pył. Mogą to też być aerozole kwaśne np. kwasu siarkowego, powstające w wyniku przemian emitowanych zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym.
Epizod smogowy w Londynie
Najtragiczniejszy w skutkach epizod smogowy zarejestrowano w Londynie, w grudniu 1952 roku. Maksymalne wartości stężeń średniodobowych zanieczyszczeń osiągnęły nie notowany do tej pory poziom 2000 μg/m3 SO2 i 1600 μg/m3 pyłu. Podczas trwania smogu śmiertelność wzrosła dramatycznie. W okresie tygodnia zmarło 4703 mieszkańców. Poziom zgonów osiągnął maksimum 8 i 9 grudnia i wynosił 900 zgonów dziennie. Następstwem epizodu była podwyższona umieralność, którą obserwowano jeszcze przez całą zimę, wiosnę i nawet lato, kiedy to poziom umieralności był o 2% wyższy od normalnego [1-3].
Epizod smogu zimowego w Częstochowie
W styczniu br większość stacji pomiarowych monitoringu powietrza Wojewódzkich Inspekcji Ochrony Środowiska zarejestrowała na terenie kraju stany wysokich stężeń zanieczyszczeń w powietrzu o charakterze smogowym.
Wartości stężeń zanieczyszczeń powietrza, które zarejestrowały obie automatyczne stacje pomiarowe Śląskiego Monitoringu Powietrza w Częstochowie w dniach 7 -12 stycznia 2017 r., wskazywały na wystąpienie w tym okresie epizodu wysokich stężeń zanieczyszczenia powietrza. W tym czasie odnotowano występowanie niekorzystnych warunków atmosferycznych. Na rysunku 1 przedstawiono przebieg epizodu smogowego o 24-godzinnym okresie uśredniania stężeń zanieczyszczeń powietrza, a na rys, natomiast przebieg zmienności stężeń uśrednionych do 1 godziny analizowanych zanieczyszczeń charakterystycznych dla smogu zimowego zilustrowano na rysunku 2.
Rys. 1 Epizod smogowy zarejestrowany w Częstochowie w styczniu 2017 r. – stężenia średniodobowe
Rys. 2 Epizod smogowy zarejestrowany w Częstochowie w styczniu 2017 r. – stężenia 1-godzinowe
Wysokie ciśnienie atmosferyczne (992-999 hPa), niska temperatura powietrza, która w porze nocnej kształtowała się na poziomie od -19ºC do -23ºC oraz wysoka wilgotność powietrza, dochodząca w tym okresie do 86%, stanowiły zespół niekorzystnych czynników meteorologicznych. Złe warunki wentylacji wynikały z niskich prędkości wiatru, które w okresach spiętrzania się zanieczyszczeń kształtowały się w przedziale od 0 do 2 m/s.
Najwyższe poziomy stężeń o 1-godzinnym czasie uśrednienia zaobserwowano w dniach 8 i 9 stycznia. W przypadku dwutlenku siarki najwyższe stężenie wyniosło 256,6 μg/m3 i zostało zarejestrowane 8 stycznia o godz. 11.00. W tym samym czasie na poziomie 752 μg/m3 odnotowano najwyższe stężenie pyłu zawieszonego PM10. Zbieżność w czasie maksymalnych stężeń SO2 i PM10 jest cechą charakterystyczną dla smogu zimowego i wynika ze spalania paliw stałych. Stężenie maksymalne tlenku azotu kształtowało się na poziomie 942 μg/m3 i zostało zarejestrowane 9 stycznia o godz. 19.00.
W trakcie trwania epizodu w dniach 8 i 9 stycznia odnotowano największe wartości stężeń uśrednionych do 24 godzin pyłu PM10, tj . 358 μg/m3 w dniu 8 stycznia i 499 μg/m3 w dniu 9 stycznia. Tym samym zostały przekroczone stężenia pyłu zawieszonego PM10 określone w Rozporządzeniu Ministra Środowiska [5] jako stężenia alarmowe.
Stężenia alarmowe
Pojawiające się na danym obszarze zimowe epizody wysokich stężeń zanieczyszczeń, zwykle są poddawane ocenie pod kątem przekroczenia wielkości kryterialnych, określonych w Rozporządzeniu Ministra Środowiska [5] jako poziomy alarmowe (tabela 1).
| Lp. | Okres uśredniania wyników pomiarów | Nazwa substancji | Alarmowy poziom substancji w powietrzu [μg/m3] |
|---|---|---|---|
| 1 | NO2 | jedna godzina | 400 |
| 2 | SO2 | jedna godzina | 500 |
| 3 | Ozon | jedna godzina | 240 |
| 4 | PM10 | 24 godziny | 300 |
Standardy te zostały określone dla czterech substancji zanieczyszczających tj, dla dwutlenku azotu, dwutlenku siarki, ozonu i pyłu zawieszonego PM10. Ocenie poddaje się każde z zanieczyszczeń z osobna. W przypadku zaistnienia sytuacji smogu zimowego, sposób oceny jakości powietrza wynikający z zastosowania wspomnianego wyżej rozporządzenia nie zawsze jest właściwą metodą oszacowania stopnia zagrożenia.
Podana wartość stężenia alarmowego pyłu PM10 odnosi się do 24-godzinnego okresu uśredniania wyników pomiarów. Nie pozwala to opisać w kategoriach formalnych rozwoju (przyrostu) stężeń pyłu podczas epizodów smogowych, kiedy to wyraźnie zauważalne przyrosty stężeń obserwuje się w interwałach godzinowych. Tym samym kryterium 24-godzinne jest mało przydatne do śledzenia dynamiki postępującego procesu pogarszania się jakości powietrza. W praktyce sprowadza się to do braku możliwości ostrzegania przed nadciągającym smogiem zimowym. Dlatego standardy określające poziomy stężeń odniesione do długich czasów uśredniania są niewystarczające do ilościowego opisu niebezpiecznych stanów jakości powietrza.
Smog zimowy tym wyróżnia się od innych epizodów wysokich stężeń zanieczyszczeń w powietrzu (np. awarii przemysłowych), że wysokie poziomy kilku zanieczyszczeń pojawiają się jednocześnie, a wówczas należy pamiętać o ich synergistycznym charakterze oddziaływania.
dr n.tech. Dariusz Cichoń
Partner Zarządzający
EKOS Ochrona Środowiska
L I T E R A T U R A
- Logan W., 1953. Mortality in the London fog incident, Lancet, 264, 336-338
- Wilkins E.T., 1954. Journal of the Royal Sanitary Institute, 74, 1-21
- Bell M.L., Davis D.L., 2001. Reassessment of the lethal London fog of 1952: novel indicators of acute and chronic consequences of acute exposure to air pollution. Environ Health Perspect; 109 (suppl 3): 389-94
- Witryna internetowa Wojewódzkiego Inspektora Ochrony Środowiska w Katowicach, Śląski Monitoring Powietrza http://powietrze.katowice.wios.gov.pl/
- Ministerstwo Środowiska, 2012. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 sierpnia 2012 r. w sprawie poziomów niektórych substancji w powietrzu (Dz.U. z 2012 r. poz. 1031)